EP3444931A1 - Wickelmaschine - Google Patents

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EP3444931A1
EP3444931A1 EP17186429.1A EP17186429A EP3444931A1 EP 3444931 A1 EP3444931 A1 EP 3444931A1 EP 17186429 A EP17186429 A EP 17186429A EP 3444931 A1 EP3444931 A1 EP 3444931A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
module
module frame
clamping
needle
Prior art date
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Granted
Application number
EP17186429.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3444931B1 (de
Inventor
Mario Straub
René SCHNEEBELI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Smz Wickel- und Montagetechnik AG
Original Assignee
Smz Wickel- und Montagetechnik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Smz Wickel- und Montagetechnik AG filed Critical Smz Wickel- und Montagetechnik AG
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Priority to US16/638,942 priority patent/US20200227986A1/en
Priority to KR1020207005189A priority patent/KR20200037810A/ko
Priority to CN201880052800.4A priority patent/CN111033984A/zh
Priority to PCT/EP2018/068954 priority patent/WO2019034340A1/de
Priority to MX2020001797A priority patent/MX2020001797A/es
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Application granted granted Critical
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • H02K15/095—Forming windings by laying conductors into or around core parts by laying conductors around salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H57/00—Guides for filamentary materials; Supports therefor
    • B65H57/06—Annular guiding surfaces; Eyes, e.g. pigtails
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a winding module and a module frame and a winding device with at least one winding module for winding coils for electrical machines.
  • Winding modules and winding machines are known.
  • a winding device which has a plurality of winding stations and that wound winding body simultaneously with the needle winding technique.
  • winding module for a winding device for automatically winding winding material.
  • the winding material is in particular wire, for example. Copper wire, of typical diameters, but in particular also diameters of 1 mm and more.
  • the winding material is in this case wound on a winding body, in particular in grooves of the winding body, for producing a coil for an electric machine.
  • the winding module comprises a module frame.
  • the module frame forms the frame of the winding module in which the components of the winding module are housed.
  • the winding module comprises a needle carriage with a winding needle.
  • the needle carriage is the carrier carrying the needle, the needle preferably being releasably fixedly secured to or in the needle carriage.
  • the solubility allows easy replacement of the needle.
  • the needle is also called a winding nozzle. From the mouth of the winding material is discharged direction winding body.
  • the needle carriage is movably mounted along a first direction (Z-stroke direction) in the module frame.
  • the first direction is preferably the vertical during the intended winding use of the winding module, ie runs along the direction of gravity. However, it is also possible that the first direction is different in space.
  • the winding module further comprises a winding material clamping device for clamping the winding material, which is designed to secure the winding material against rotation about and against displacement along the needle axis (or a longitudinal extent of the winding material) and this Wickelgutklemm adopted in or arranged on the needle carriage.
  • the winding material clamping device can be selectively activated, so that it forms an anti-rotation device, which prevents the winding material from turning around its own axis when the anti-twist device is activated. Furthermore, the Wickelgutklemms Huawei simultaneously acts as anti-slip, which prevents the winding material moves unintentionally along its longitudinal direction in the winding material when the winding material clamping device is activated. Thus, an optimal control of the winding material during the winding process is given.
  • the winding material clamping device is activated on a time-by-ticket basis between the winding phases in which the winding material is dispensed from the needle. During the winding phases, it is typically deactivated so as not to disturb the run of the winding material.
  • the present invention is based on the finding that the Wickelgutklemm thanks can be integrated directly into the needle carriage, so with the needle carrier moves during the winding. This allows for a particularly lightweight construction, with which a fast winding rotor can be realized. In particular, this clamping device no longer has to be mounted on an additional external axle, which saves weight and costs.
  • the present invention also allows a plurality of rotors and / or stators with a plurality of teeth to be wound simultaneously, wherein preferably in turn each tooth is wound.
  • the present invention is also advantageous if one wishes to wind wire diameters of over 1 mm.
  • the winding material clamping device has a clamping lever mounted on or in the needle carriage.
  • the clamping lever is movable between a clamping position and a release position.
  • the lever is attached to a lever bearing and pivoted.
  • the clamping position ie with activated winding material clamping device
  • the clamping lever is pivoted so that it engages the winding material located in the winding material and this clamps as intended.
  • the release position the clamping lever is pivoted so that it releases the winding material during normal use, so that it can be delivered through the needle onto the winding body.
  • the clamping lever is designed as a two-armed lever.
  • the two lever arms are inclined or angled to each other and in particular form an L-shaped lever.
  • the L-shaped lever allows a compact design with relatively long lever arms, which is optimal for power diversion.
  • Other forms of lever such as, for example, a straight two-armed lever or a one-armed lever are also conceivable. It can even be provided several clamping lever.
  • the L-shaped clamping lever wherein the lever actuator is surrounded on two sides by the L-shaped lever.
  • the lever actuator is preferably arranged between the two lever arms. This allows a particularly compact design.
  • the lever actuator has a movably mounted eccentric element.
  • the eccentric element is mounted in or on the needle carriage about an axis rotatable about the axis.
  • the eccentrically projecting portion can then act rotational position-dependent on a lever arm of the lever. If the lever arm itself is mounted on an axle, it can be pivoted by the lever arm through the eccentric element.
  • the return movement to this caused by the eccentric clamping lever movement can, for example, by a spring element, against which the eccentric preferably works indirectly via the lever causes.
  • the clamping lever and / or the eccentric element can thus be biased, in particular in the clamping position, by means of a clamping device.
  • the tensioning device may comprise a spring element, in particular a pressure and / or tension spring element, preferably a spiral spring.
  • this spring element is adjustable.
  • an adjustment screw may be provided to adjust the tension of the spring. Thanks to the adjustability, it is possible that one adjusts the winding material clamping device fits the winding material, for example. On the winding diameter and / or the train on the winding material. This in particular, when the biased position is the clamping position and the actuation of the lever actuator causes the transfer to the release position.
  • Other adjustment mechanisms are of course also applicable.
  • the lever actuator may preferably be actuated via a hydraulic device, preferably a pneumatic cylinder, for movement of the clamping lever.
  • a hydraulic device preferably a pneumatic cylinder
  • Other actuators such as servomotors or solenoid actuators may also be employed to effect movement of the lever between the clamping and release positions.
  • the Wickelgutklemm driving can make with a cylinder or a pair of pliers or other means or clamping elements the clamping grip upon activation of the Wickelgutklemm prepared.
  • the clamping elements are preferably biased with respect to a direction of movement, so that only the other direction of movement must be actively effected.
  • the needle carriage has a preferably radially encircling closed winding material channel for guiding the winding material through the needle carriage to the needle.
  • this winding channel extends centrally through the needle carriage.
  • the winding material channel is symmetrical with respect to a guided width, that is, for example, substantially centrally between any guide rails for the needle carriage and / or substantially centrally with respect to a guided height of the needle carriage in the direction of the guide rails (Z-direction).
  • the guided height / width means the distance between the outer bearing points of the carriage with the guide, the possible overhang (ie what extends behind the guide) is ignored.
  • the carriage is a plate which is guided along the thickness, a structure on the plate which projects freely and has no direct contact with the guide does not count towards the guided height.
  • the module frame has a guide device, wherein the needle carriage is guided on the guide device along the first direction.
  • the guide device may preferably have at least one, preferably two or more, with respect to the needle carriage transversely to the first direction opposite and preferably réellede along the first direction guide rails.
  • the needle carriage can be movably mounted on these guide rails.
  • a circumferentially closed enclosure of the guide rail is given by the needle carriage, which allows a particularly precise and robust leadership.
  • he accesses needle carriage via sliding, rolling or other suitable bearing on the guide rail and is so low friction traversable.
  • the winding module in a preferred embodiment further comprises a torque shaft.
  • a rotational movement can be introduced from the outside into the winding module, which leads to the actuation of the lever actuator, in preferred embodiments so to the rotation of the eccentric element.
  • the torque shaft preferably runs parallel to the at least one guide rail.
  • the torque shaft itself can also provide a guiding effect for the travel of the needle carriage.
  • the torque shaft is passed through the needle carriage.
  • the torque shaft extends substantially over the length of the at least one guide rail.
  • the lever actuator which is movable in the needle carriage over the length of the guide rail (s), can be activated over the substantially entire travel path.
  • the present invention further relates to a module frame in which a plurality the winding modules according to the invention can be used.
  • the module frame has a plurality of preferably 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or more receivers for winding modules, wherein preferably at least one winding module is inserted into the module frame.
  • an even number of recordings is provided.
  • the recordings are designed for releasable attachment of the plurality of winding modules. For every winding job, the appropriate number of modules can be easily used.
  • This modularity allows a particularly versatile use of the module frame or module or the winding device as a whole.
  • the movement of the needle carriage in the module frame is referred to as Z-stroke movement, the movement of the module frame as Y-stroke movement.
  • the third spatial direction movement (X-stroke movement) can then, for example, by a switching unit, which can cause a rotational movement about the Z-axis executed.
  • the Y and Z stroke directions and preferably also the X stroke direction are preferably each substantially perpendicular to each other.
  • the present invention is particularly suitable for the needle winding technique. However, other techniques can also be used.
  • the module frame comprises a single rotary element or at least one pair of first and second rotary elements.
  • the rotation element can be coupled with each winding module, so that a rotational movement of the at least one rotation element in the movement of each located in the module frame carriage (Z-stroke) is convertible.
  • Z-stroke a rotational movement of the at least one rotation element in the movement of each located in the module frame carriage
  • the rotational movement of the module frame can be introduced from below and from above into the winding module.
  • the module frame further comprises a coupling device which converts the rotational movement of the individual rotary element or of the pair of rotary elements into the movement of movement of the at least one needle carriage located in the module frame.
  • the coupling device is coupled in motion with the single-rotation element or is coupled in motion with at least one rotation element of the at least one pair of first and second rotation elements, wherein the coupling device is further motion-coupled to the needle carriage, so that the needle carriage via the rotational movement of the single-rotation element or the at least one rotation element of at least a pair of first and second rotary members is movable along the first direction.
  • the coupling of the needle carriage and the coupling device is preferably easily detachable to quickly install the winding module in the frame and remove again.
  • a pair of rotation elements that couples the rotational movement of the first and second rotation element of the pair, for example by a synchronization drive such as a thread or a belt drive. This allows a synchronous and cleanly guided movement, which helps to achieve a particularly high winding speed.
  • the first rotation element is a first shaft or a first disk mounted on a first shaft, in particular a toothed disk
  • the second rotation element is a second shaft or second disk mounted on a second shaft, in particular a toothed disk.
  • the coupling device can then be designed as a belt drive and further comprise a slide belt for forming a belt drive with the first and second rotation element.
  • the slide belt is preferably designed as a toothed belt and the first and second rotation elements of the pair preferably as toothed disks; Together they form a toothed belt drive.
  • the module frame has one or two shafts, wherein a disk per winding module receptacle is provided on each shaft. About these Disk can then be coupled into the module, the rotational movement of the single-rotation element or the pair of rotation elements of the frame, resulting in the linear Z movement of the needle carriage.
  • first and second belt ends can preferably be fastened via clamping plates on the first or on the second rotary element (that is to say on the shaft or the disks mounted rotatably on the shaft).
  • the carriage belt preferably extends along the first direction.
  • the open belt allows easy coupling of the needle carriage to the belt drive.
  • the belt must be passed only once or through the carriage.
  • the winding material must be performed only once through the belt in an open belt.
  • the belt may be releasably attached directly to the needle carriage for easy removal of the module from the module frame.
  • the open belt can be detachably fastened to the needle carriage via a clamping plate integrated in the needle carriage so that the belt can be decoupled from the needle carriage simply by releasing the clamping plate.
  • slide belt is thus releasably secured to the needle carriage, preferably via a clamping plate attached to the needle carriage.
  • a clamping plate attached to the needle carriage.
  • Other mounting options are also conceivable.
  • all of the individual rotary elements and / or the first and second rotary elements are driven, preferably in each case via at least one first servomotor or via exactly one single first servomotor.
  • the movement can be further made equal by the provision of synchronization drives.
  • the two shafts can be coupled via a synchronization drive, for example at least one further belt drive.
  • These synchronization belt drives can preferably be provided at the ends of the shafts on the module frame.
  • a module frame is preferred, wherein the first and second shaft via at least one additional synchronization device is rotatably connected, preferably so that the waves rotate in the same direction; and wherein the synchronization device preferably comprises a synchronization belt, which is preferably designed as a toothed belt.
  • the Z-stroke of all winding modules used can be effected via a single first servomotor.
  • the single first servomotor is preferably coupled via first belt drive to the first rotary element (s) and preferably via a second belt drive to the second rotary element (s), if present.
  • the belt drives mentioned herein preferably comprise a tensioning disc, via which the tension of the belt is adjustable.
  • belt drives mentioned herein can also be replaced by gear drives, push rods or other motion transmission elements.
  • a winding device for automatically winding preferably using the needle winding technique, of winding material, in particular of wire in grooves of a winding body, for producing a coil for an electric machine, in particular an armature or externally grooved stator proposed.
  • the winding device comprises a machine frame, a table top with at least one switching unit for receiving and switching (X-stroke) of the wound body, and a module frame according to the invention (for the synchronous Y-stroke, see below) as described herein, wherein the at least one winding module according to the invention (which enables the Z-stroke) as described herein preferably in such a way fixed in the module frame, that the first direction (Z) is perpendicular to the second direction (Y). Since the switching unit preferably causes a rotational movement of the winding body perpendicular to the table top, ie in the Z direction, the X stroke is then substantially perpendicular to the Y and Z strokes.
  • winding device of the module frame is movable relative to the table top along a second direction and so all in the module frame fastened winding modules along the second direction (Y-stroke) are movable.
  • the winding device has at least one, preferably just a single, second servomotor for moving the module frame along the second direction.
  • a single first servomotor for effecting the Z-stroke (each winding module) and a single second servomotor for effecting the Y-stroke (entire module frame) are provided.
  • the X-Hub can then be effected via one or more third servomotors.
  • one or more third servomotors can be provided, wherein, in the case of a plurality of third servomotors, at least one, preferably exactly two or more, switching units can be switched simultaneously (eg via a coupling by means of a belt drive) with each third servomotor.
  • 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or more preferably individually removable winding modules are provided in the same module frame, preferably an even number of 2, 4, 6, 8 or more winding modules are mounted in the module frame or attachable.
  • winding material clamping devices which are accommodated in the respective needle carriages of the winding modules are coupled to one another, preferably coupled in terms of movement via a push rod. It is particularly preferred that several or all Wickelgutklemm wornen via a, preferably the same, hydraulic device, preferably a hydraulic, in particular pneumatic, cylinder, can be actuated. Other controls, such as a Bowden cable or electric motors, but are also conceivable here.
  • the winding module according to the invention, the module frame according to the invention and the winding device according to the invention can be used for winding coils, in particular anchors or externally grooved stators, for an electric machine.
  • a winding material preferably wire, in particular wire with a diameter of 0.5 millimeters to 2 millimeters, preferably of more than 1 millimeter, preferably from 1 millimeter to 1.5 millimeters, are used.
  • winding material metal wire 8 is used here.
  • FIG. 1 shows a winding device 1 with a machine frame 10.
  • the winding device 1 further comprises a control cabinet 41, a wire feeder 42, a Wire clamping and cutting unit 43 for attaching the wire in commutators 7, a loading handling 44 and a switching unit 6.
  • the winding device 1 has a module frame 12 with a plurality of winding modules 2.
  • the machine frame 10 is welded and assembled from square steel tubes.
  • a table top 11 is installed, which serves as a basis for other functional groups.
  • the machine frame 10 is partially provided with a safety shutter 101.
  • the safety casing 101 may consist of groove profiles made of aluminum. Doors are secured with animal protection holders. Other constructions are possible.
  • the control cabinet 41 has a control panel for operating the winding device 1.
  • the control cabinet 41 is integrated on the rear side in the machine frame 10.
  • the control panel 411 is rotatably suspended from a gallows 412 in front of the winding device 101.
  • FIG. 2 shows a section through the winding device 1 after Fig. 1 , In the foreground (bottom right) is one of the winding modules 2 can be seen, which is installed in the module frame 12.
  • the module frame 12 in turn is mounted on the table 11 in the machine frame 10.
  • the module frame 12 is arranged linearly movable on a guide device 46 (Y-stroke).
  • a first guide rail 461 of the guide device 46 extending along the Y-direction is in FIG. 2 recognizable.
  • the loading handling 44 has two laterally arranged supports 441, on each of which an extension 441 extending transversely to the support 441 is provided.
  • the loading handling 44 has two supports 441 arranged laterally in the winding device 1 on the table 11, each having a boom 442.
  • the booms 442 are arranged parallel to each other and freely movable via two servomotors in two axes. The synchronization of the two arms 442 via a drive rod in the drive axle of the motors. The movement of the boom 442 is effected via a circulating toothed belt 443 in a cross arrangement. This drive concept is also called "T-Bot".
  • a pneumatic rotary unit 444 is flanged on both sides.
  • Per winding module 2 are always two grippers 446 arranged opposite each other. This double gripper system allows Loading and unloading detached from the winding process. The sequence is as follows: After a product 7 has been wound up with the bobbin 5, the one gripper 446 moves on, a clamping unit is released, the handling 44 moves upwards, rotates through 180 ° and puts the unwrapped product 7 with it the other gripper 446 in the clamping unit. This happens simultaneously for all winding modules 2. After the handling 44 has moved away, the winding process can be started. At the same time, the unloading of the wound stators on a tray 45 (waiting position) or a workpiece carrier takes place.
  • FIG. 2 further shows a part of the wire clamping and cutting unit 43 for attaching the wire 8 to commutators.
  • the unit 43 is arranged above the winding module 2.
  • the unit 43 includes two major functions, namely (i) via vertical pneumatic drive, a collet pushes the starting wire 8 into a groove bottom of the first hook on the commutator so that the first turns can be wound; and (ii) via a horizontal pneumatic drive, a blade receiving sleeve is rotated by a rack. About a cutting edge of the outer sleeve of the wire 8 is separated and bent by the knife body around the hook. This prevents the wire end from touching the wire 8 in the adjacent hook.
  • FIG. 3 shows the module frame 12 in a frontal view.
  • the module frame 12 has two trapezoidal side walls, which are connected to each other via a bottom plate and an oppositely arranged parallel to the bottom plate strut.
  • a first shaft 121 extends over the entire length of the module frame 12 in the upper region between the side walls.
  • a second shaft 122 which likewise extends over the entire length of the module frame 12, is arranged in the Z direction at a distance from the first shaft 121.
  • the first and second shafts 121, 122 are laterally connected to each other in a rotationally fixed manner via a synchronization drive 128. For this purpose, each end of each shaft 121, 122 each rotatably mounted discs attached.
  • first shaft 121 and the second shaft 122 each have for each winding module 2 a rotationally fixed on the respective shaft 121, 122 mounted first Toothed disc 123 and second toothed disc 124 on.
  • first toothed disks 123 and six second toothed disks 124 are provided on the first and second shafts 121, 122.
  • first toothed disks 123 and six second toothed disks 124 are provided on the first and second shafts 121, 122.
  • correspondingly many first and second toothed disks 123, 124 may be provided.
  • the receptacles on the module frame are thus characterized by the toothed disks and corresponding fastening means for fastening the respective module frame 20.
  • both shafts 121, 122 are motor-driven and motion-coupled via the synchronization drives 128.
  • FIG. 4 shows the module frame 12 in a rear view. It can be seen that module racks 20 of the winding modules 2 are respectively screwed to the bottom plate and to the upper strut of the frame 12 in the receptacles.
  • the module frame 12 is mounted on the guide means 46, which has the first guide rail 461 and the two further rails 462, 463.
  • the module frame 12 has the guide rails 461 to 463 associated drive units 465, on which the module frame 12 can then be moved on the rails 461 to 463.
  • fewer rails would be sufficient, in particular, the two outer rails 461, 462 provide a stable guide and the third guide rail 463 further reduces the game.
  • the module frame 12 is now moved in the Y direction via a second servomotor S2, which engages on the module frame 12 via a rod 464 extending in the Y direction and makes it movable in the Y direction (Y stroke).
  • FIG. 5 shows a cross section through the winding device 1. It is the arranged on the table 11 of the machine frame 10 wire feeder 42 recognizable.
  • the wire feeder 42 is equipped with wire brakes and wire compensation mechanism.
  • the wire feeder 42 feeds the wire over a guide tube.
  • the wire 8 is wound around a Vulkollan-coated brake roller 433 of the magnetic powder brake (540 °) and in the vertical direction about a first guide roller 434 after a 90 ° deflection about a second guide roller 435 and thence back onto the compensation roller 436 guided.
  • the compensation roller 436 is mounted on a guide carriage 437, in the horizontal direction by a pneumatic Cylinder 438 with smooth running properties, pressed against the winding module 2.
  • This compensation pressure is set via a proportional valve via a controller. This ensures that never loose wire 8 is created during the winding process and the wire tension remains constant.
  • the individual wire dispenser (not shown) are screwed behind the winding module 2 on the table top 11 of the winding device 1 and so optimally accessible for the wire change.
  • FIG. 5 The module frame 12 can be seen and a winding module 2 with module frame 20.
  • the first shaft 121 is arranged with the first toothed disc 123 in the upper region of the winding module 2, in the lower region, the second shaft 122 with the second toothed disc 124.
  • the two toothed discs 123, 124 are movably coupled via an open toothed belt 1250 of a coupling device 125 extending along the Z-direction.
  • the timing belt 1250 is attached to the needle carriage 24.
  • the needle carriage 24 is further arranged between two provided in the winding module 2 guide rails 261, 262 and so over movement of the shafts 121, 122 along the guide rails 261, 262 moved in the Z direction.
  • the guide rails 261, 262 are guided through the recesses 246 (passage openings) through the needle carriage 24.
  • the needle carriage 24 is provided in the region of the recesses 246 with bearings 2460, so that a possible frictionless sliding of the needle carriage 24 along the guide 26 is possible.
  • the winding body 7 has a plurality of teeth 72, which are separated by grooves 72.
  • the winding module 2 has a movable in the Z direction needle carriage 24 with a needle 25, from which the wire 8 is inserted into the grooves 71 for wrapping the teeth 72, whereby the coil 5 is formed.
  • FIG. 6 shows the winding module 2 in a perspective view from above.
  • FIG. 7 shows the winding module 2 in the frame 12 in a view from the side.
  • the needle carriage 24 has a further passage opening for the passage of a torque shaft 2421.
  • the torque shaft 2421 engages a Wickelgutklemm Rhein 240, which it needle needle carriage 24 is arranged.
  • figure 6 shows how the wire 8 is guided through an opening in the interior of the needle carriage and at the opposite end by the needle 25 along the needle axis 250 (s. Fig. 7 ) exit again.
  • FIG. 7 also shows the first belt drive 126, via which the first servomotor S1 engages the first shaft 121. Also, the clamping disk of the first belt drive 126 can be seen.
  • the first pulley 123 with toothing 1231 is connected via a clamping plate 1222 with an upper portion 1251 of the toothed belt 1250 of the belt drive 125.
  • the belt 125 is passed through the opening 2470 (see FIG. Fig. 8 ) guided by the needle carriage 24 and with the clamping plate 247 (see also FIGS. 6 and 8 ).
  • the belt 1250 is connected via a further clamping plate 1222 to the lower second toothed disk 124 with toothing 1241.
  • the belt 1250 is then already largely wound around the toothed disk 124, with teeth 1253 engages in the toothing 1241 of the disk 124 and therefore the needle carriage 24 is in a lower position.
  • FIGS. 6 and 7 also the clamping lever 241 of the winding material clamping device 240 can be seen.
  • FIGS. 8 and 9 show a section through the needle carriage 24, whereby the winding material clamping device 240 can be seen.
  • the winding material clamping device 42 has the clamping lever 241, which can be pivoted as required via a lever actuator 242.
  • the winding material clamping device 42 also has an eccentric element 242.
  • the clamping lever 241 is a two-armed clamping lever having a first arm portion 2411 and a second arm portion 2412.
  • the lever 241 is L-shaped and arranged in a substantially L-shaped recess 245 in the needle carriage 24 centrally with respect to the Z direction.
  • the lever 241 is pivotally mounted on the lever bearing 2413 in the needle carriage 24.
  • the clamping lever 241 interacts with the eccentric element 242.
  • the eccentric element 242 is non-rotatably arranged on the torque shaft 2421, which forms the axis of the eccentric element 242. If now the torque shaft 2421 is rotated, then the eccentric element 242 rotates accordingly.
  • the eccentric 242 is an eccentric disc, which depending on the rotational position with a thickening on the first Press lever portion 2411 and so can press the biased in the clamping position clamping lever 241 in the release position.
  • the clamping lever 241 can grip in the clamping position on a wire 8 introduced into the winding material channel 243 and clamp it there so that it does not twist about its own axis or slip along its longitudinal direction.
  • the lever arm 2412 is equipped for this purpose with a clamping element 2427, which makes direct contact with the wire 8. Opposite the clamping element 2427, the abutment 2428 are provided, so that an optimal clamping point in the needle carriage 24 can be provided.
  • the second lever portion 2412 tapers toward its free end.
  • the spring element 2424 is designed as a compression spring, which is adjustable via the adjusting screw 2426 in its voltage.
  • FIG. 9 also shows for the implementation of the wire 8 provided in the inlet opening and the outlet opening of the needle carriage 24.
  • the inlet opening and the outlet opening are connected through the winding material channel 243.
  • the winding material channel 243 extends substantially centrally between the two guide rails 261, 262 and substantially centrally with respect to the Z-extension of the needle carriage 24. As a result, torques on the needle carriage 24 are minimized.
  • FIG. 10 shows a hydraulic device 3 for moving the respective Drehnomentwellen 2421.
  • the torque shaft 2421 are connected at the lower end via L-shaped pieces 331 with a parallel to the table 11 extending push rod 33.
  • This push rod 33 is connected via an articulation 34 with an actuating piston rod 32 which is mounted to a pneumatic actuating cylinder 31 of the hydraulic device 3.
  • the push rod 33 With the actuation of the actuating cylinder 31, therefore, the push rod 33 is moved forward or backward relative to the cylinder 31, so that the L-shaped connecting pieces 331 and thus the torque shaft 4421 are rotated. Accordingly, by the operation of the hydraulic device 3, the eccentric elements 2422 of the assembled winding modules 2 are rotatable.
  • FIG. 11 shows the switching unit 6 has a switching axis 62 and by a double-row ball bearing 63, in a receiving housing in the table top 11th is used, stored.
  • the drive is via a toothed belt drive 61.
  • a clamping unit is used consisting of a collet. This collet is designed for the shaft diameter of the bobbin 7 and is stretched over a cup spring package. In order to release this tension, it is possible to press against the cup spring pack from below with a pin. This will cause the collet to open as it is lifted off a cone.
  • the switching axes 62 are driven in pairs via a toothed belt drive 62.
  • a third servo motor S3 is mounted centrally offset to the axes 62 laterally.
  • This switching unit 6 can now be installed several times and allows machine variants of 4, 6 or 8 winding spindles. Instead of clamping units with collets (clamping of shafts) it is also possible to equip holders for stators with clamping mandrels (clamping into holes).

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Abstract

Wickelmodul (2) für eine Wickelvorrichtung zum automatischen Wickeln von Spulen für eine elektrische Maschine, umfassend ein Modulgestell (20); einen Nadelschlitten (24) mit einer Nadel (25), wobei der Nadelschlitten (24) entlang einer ersten Richtung (R1) verfahrbar im Modulgestell (20) gelagert ist. Das Wickelmodul (2) weist eine Wickelgutklemmeinrichtung (240) zur Klemmung des Wickelgutes (8) auf, welche ausgebildet ist, um das Wickelgut (8) gegen Verdrehen um und gegen Verschieben entlang der Nadelachse (250) zu sichern, wobei die Wickelgutklemmeinrichtung (240) im oder am Nadelschlitten (24) angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Modulrahmen und eine Wickelvorrichtung mit einem solchen Modul (2).

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wickelmodul und einen Modulrahmen und eine Wickelvorrichtung mit mindestens einem Wickelmodul zum Wickeln von Spulen für elektrische Maschinen.
    • STAND DER TECHNIK
  • Wickelmodule und Wickelmaschinen sind bekannt. So ist es beispielsweise bekannt, dass man eine Wickelvorrichtung verwendet, welche mehrere Wickelstationen aufweist und dass man Wickelkörper simultan mit der Nadelwickeltechnik bewickelt.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wickelmodul anzugeben, welches ein verbessertes Wickelverfahren ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch das Wickelmodul nach Anspruch 1 gelöst. Demgemäss wird ein Wickelmodul für eine Wickelvorrichtung zum automatischen Wickeln von Wickelgut vorgeschlagen. Das Wickelgut ist insbesondere Draht, bspw. Kupferdraht, von typischen Durchmessern, insbesondere aber auch Durchmessern von 1 mm und mehr. Das Wickelgut wird hierbei auf einen Wickelkörper, insbesondere in Nuten des Wickelkörpers, zur Herstellung einer Spule für eine elektrische Maschine gewickelt.
  • Das Wickelmodul umfasst ein Modulgestell. Das Modulgestell bildet den Rahmen des Wickelmoduls, in welchem die Komponenten des Wickelmoduls untergebracht sind.
  • Weiter umfasst das Wickelmodul einen Nadelschlitten mit einer Wickelnadel. Der Nadelschlitten ist der Träger, welcher die Nadel trägt, wobei die Nadel vorzugsweise lösbar fest am oder im Nadelschlitten befestigt ist. Die Lösbarkeit ermöglicht die einfache Auswechslung der Nadel. Die Nadel wird auch als Wickeldüse bezeichnet. Aus deren Mündungsöffnung wird das Wickelgut Richtung Wickelkörper abgegeben. Der Nadelschlitten ist entlang einer ersten Richtung (Z-Hubrichtung) verfahrbar im Modulgestell gelagert. Die erste Richtung ist während des bestimmungsgemässen Wickelgebrauchs des Wickelmoduls vorzugsweise die Vertikale, verläuft also entlang der Gravitationsrichtung. Es ist jedoch auch möglich, dass die erste Richtung anders im Raum steht.
  • Die oben gestellte Aufgabe wird nun dadurch gelöst, dass das Wickelmodul weiter eine Wickelgutklemmeinrichtung zur Klemmung des Wickelgutes aufweist, welche ausgebildet ist, um das Wickelgut gegen Verdrehen um und gegen Verschieben entlang der Nadelachse (oder einer Längserstreckung des Wickelguts) zu sichern und diese Wickelgutklemmeinrichtung im oder am Nadelschlitten angeordnet ist.
  • Die Wickelgutklemmeinrichtung ist gezielt aktivierbar, sodass sie eine Verdrehsicherung bildet, welche verhindert, dass sich das Wickelgut bei aktivierter Verdrehsicherung um die eigene Achse dreht. Weiter agiert die Wickelgutklemmeinrichtung gleichzeitig als Verrutschsicherung, welche verhindert, dass sich das Wickelgut ungewollt entlang seiner Längsrichtung im Wickelgutkanal bewegt, wenn die Wickelgutklemmeinrichtung aktiviert ist. Somit ist eine optimale Kontrolle des Wickelguts während des Wickelprozesses gegeben. Typischerweise wird die Wickelgutklemmeinrichtung zwischen den Wickelphasen, in welchen das Wickelgut aus der Nadel ausgegeben wird, zeitenweise aktiviert. Während der Wickelphasen ist sie typsicherweise deaktiviert, um den Lauf des Wickelguts nicht zu stören.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Wickelgutklemmeinrichtung direkt in den Nadelschlitten integriert sein kann, sich also während des Wickels mit dem Nadelträger mitbewegt. Dies lässt eine besonders leichte Bauweise zu, womit ein schneller Wickelläufer realisierbar ist. Insbesondere muss diese Klemmeinrichtung nicht mehr auf einer zusätzlichen externen Achse angebracht werden, womit Gewicht und Kosten eingespart sind.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt es insbesondere auch, eine Vielzahl von Rotoren und/oder Statoren mit mehreren Zähnen gleichzeitig zu bewickeln, wobei vorzugsweise der Reihe nach jeder Zahn bewickelt wird. Die vorliegende Erfindung ist auch vorteilhaft, wenn man Drahtdurchmesser von über 1 mm wickeln möchte.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Wickelgutklemmeinrichtung einen am oder im Nadelschlitten gelagerten Klemmhebel auf. Der Klemmhebel ist zwischen einer Klemmposition und einer Freigabeposition bewegbar. Vorzugweise ist der Hebel an einem Hebellager befestigt und verschwenkbar. In der Klemmposition, also bei aktivierter Wickelgutklemmeinrichtung, ist der Klemmhebel so verschwenkt, dass er auf das sich im Wickelgutkanal befindliche Wickelgut greift und dieses bestimmungsgemäss festklemmt. In der Freigabeposition ist der Klemmhebel so verschwenkt, dass er das Wickelgut während des bestimmungsgemässen Gebrauchs freigibt, sodass dieses durch die Nadel auf den Wickelkörper abgebbar ist.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Klemmhebel als ein zweiarmiger Hebel ausgebildet. Vorzugsweise stehen die beiden Hebelarme geneigt oder winklig zueinander und bilden insbesondere einen L-förmigen Hebel. Der L-förmige Hebel erlaubt eine kompakte Konstruktion mit verhältnismässig langen Hebelarmen, was optimal für die Kraftumleitung ist. Andere Hebelformen, wie bspw. eine gerader zweiarmiger Hebel oder ein einarmiger Hebel sind auch denkbar. Es können gar mehrere Klemmhebel vorgesehen sein.
  • In einer Weiterbildung ist der Klemmhebel über einen Hebelaktuator bewegbar.
  • Besonders bevorzugt ist der L-förmige Klemmhebel, wobei der Hebelaktuator an zwei Seiten vom L-förmigen Hebel umgeben ist. In anderen Worten: Vorzugsweise ist der Hebelaktuator zwischen den beiden Hebelarmen angeordnet. Dies erlaubt eine besonders kompakte Bauweise.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Hebelaktuator ein bewegbar gelagertes Exzenterelement auf. Vorzugweise ist das Exzenterelement im oder am Nadelschlitten über eine Achse drehbar um die Achse gelagert. Der exzentrisch vorspringende Abschnitt kann dann drehpositionsabhängig auf einen Hebelarm des Hebels wirken. Ist der Hebelarm selbst an einer Achse gelagert, so kann durch der Hebelarm durch das Exzenterelement verschwenkt werden.
  • Die Rückbewegung zu dieser durch das Exzenterelement verursachten Klemmhebelbewegung kann bspw. durch ein Federelement, gegen welches das Exzenterelement vorzugsweise indirekt über den Hebel arbeitet, bewirkt werden. Der Klemmhebel und/oder das Exzenterelement können also vorgespannt sein, insbesondere in der Klemmposition, mittels einer Spannvorrichtung. Die Spannvorrichtung kann ein Federelement, insbesondere eine Druck- und/oder Zugfederelement, vorzugsweise eine Spiralfeder, aufweisen.
  • Vorzugsweise ist dieses Federelement einstellbar. Es kann bspw. eine Justierschraube vorgesehen sein, um die Spannung der Feder einzustellen. Dank der Einstellbarkeit ist es möglich, dass man die Wickelgutklemmvorrichtung passend auf das Wickelgut, bspw. auf den Wickelgutdurchmesser und/oder den Zug auf den Wickelgut einstellt. Dies insbesondere, wenn die vorgespannte Position die Klemmposition ist und die Betätigung des Hebelaktuators die Überführung in die Freigabeposition bewirkt. Andere Justiermechanismen sind natürlich auch einsetzbar.
  • Der Hebelaktuator kann vorzugsweise über eine Hydraulikeinrichtung, vorzugsweise einen pneumatischen Zylinder, zur Bewegung des Klemmhebels betätigbar sein. Andere Aktuatoren wie Servomotoren oder Magnetaktuatoren können auch eingesetzt werden, um die Bewegung des Hebels zwischen der Klemm- und der Freigabeposition zu bewirken.
  • Alternativerweise kann die Wickelgutklemmeinrichtung auch mit einem Zylinder oder einer Zange oder anderen Mitteln oder Klemmelementen den Klemmgriff bei Aktivierung der Wickelgutklemmeinrichtung vornehmen. Die Klemmelemente sind vorzugsweise bezüglich einer Bewegungsrichtung vorgespannt, sodass nur die andere Bewegungsrichtung aktiv bewirkt werden muss.
  • In einer Weiterbildung weist der Nadelschlitten einen vorzugsweise radial umlaufend geschlossenen Wickelgutkanal zur Führung des Wickelguts durch den Nadelschlitten zur Nadel auf. Vorzugsweise erstreckt sich dieser Wickelkanal zentrisch durch den Nadelschlitten. Zentrisch meint hier, dass der Wickelgutkanal symmetrisch bezüglich einer geführten Breite, also bspw. im Wesentlichen mittig zwischen allfälligen Führungsschienen für den Nadelschlitten und/oder im Wesentlichen mittig bezüglich einer geführten Höhe des Nadelschlittens in Richtung der Führungsschienen (Z-Richtung) verläuft.
  • Die geführte Höhe/Breite meint die Distanz zwischen den äusseren Auflagepunkten des Schlittens mit der Führung, der allfällige Überhang (also was sich hinter der Führung erstreckt) bleibt ausser Acht. Wenn der Schlitten also eine Platte ist, die entlang der Dicke geführt wird, so zählt ein Aufbau auf der Platte, der frei absteht und keinen direkten Kontakt mit der Führung hat, nicht zur geführten Höhe dazu.
  • Durch diese zentrische Anordnung, also der mittigen Anordnung bezüglich der geführten Breite und/oder Höhe können die Kräfte, welche vom Wickelgut während des Wickelns auf den Nadelschlitten und somit das Wickelmodul ausgeübt werden, optimal aufgefangen werden. Diese Kräfte wirken symmetrisch bezüglich des verfahrbaren Nadelschlittens. Damit wirken nur minimale Drehmomente auf den Nadelschlitten. Die Verkippneigung ist minimiert, was eine besonders vorteilhafte Verfahrbewegung ermöglicht.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Wickelmodules weist das Modulgestell eine Führungseinrichtung auf, wobei der Nadelschlitten an der Führungseinrichtung entlang der ersten Richtung geführt ist. Die Führungseinrichtung kann vorzugsweise mindestens eine, vorzugweise zwei oder mehr, bezüglich des Nadelschlittens quer zur ersten Richtung gegenüberliegende und sich vorzugsweise entlang der ersten Richtung ersteckende Führungsschienen aufweisen. Der Nadelschlitten kann an diesen Führungsschienen verfahrbar gelagert sein. Vorzugsweise weist der Nadelschlitten für jede Führungsschiene eine Durchgangsausnehmung auf, durch welche die Führungsschiene hindurchgeführt ist. Damit ist eine umfangseitig geschlossene Umfassung der Führungsschiene durch den Nadelschlitten gegeben, was eine besonders präzise und robuste Führung erlaubt. Vorzugsweise greift er Nadelschlitten über Gleit-, Roll- oder andere passende Lager auf die Führungsschiene und ist so reibungsarm verfahrbar.
  • Zur Aktivierung der Wickelgutklemmeinrichtung weist das Wickelmodul in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weiter eine Drehmomentwelle auf. Über diese Drehmomentwelle kann eine Drehbewegung von aussen in das Wickelmodul eingebracht werden, welche zur Betätigung des Hebelaktuators, in bevorzugten Ausführungsbeispielen also zur Rotation des Exzenterelements führt.
  • Die Drehmomentwelle verläuft vorzugsweise parallel zur mindestens einen Führungsschiene. Die Drehmomentwelle selbst kann auch eine führende Wirkung für die Verfahrbewegung des Nadelschlittens bereitstellen. Vorzugsweise wird die Drehmomentwelle durch den Nadelschlitten hindurchgeführt. Vorzugsweise erstreckt sich die Drehmomentwelle im Wesentlichen über die Länge der mindestens einen Führungsschiene. Damit kann der Hebelaktuator, der im Nadelschlitten über die Länge der Führungsschiene(n) verfahrbar ist, über den im Wesentlichen gesamten Verfahrweg aktiviert werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiter einen Modulrahmen, in welchen mehrere der erfindungsgemässen Wickelmodule einsetzbar sind. Der Modulrahmen weist dazu eine Vielzahl von vorzugsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehr Aufnahmen für Wickelmodule, wobei vorzugsweise mindestens ein Wickelmodul in den Modulrahmen eingesetzt ist. Vorzugsweise ist eine gerade Anzahl von Aufnahmen vorgesehen. Die Aufnahmen sind zur lösbaren Befestigung der mehreren Wickelmodule ausgebildet. Zu jedem Wickelauftrag kann die passende Anzahl an Modulen einfach eingesetzt werden. Diese Modularität lässt einen besonders vielseitigen Einsatz des Modulrahmens bzw. Moduls oder der Wickelvorrichtung als ganzes zu.
  • Der Modulrahmen ist ein fester Rahmen zur Fassung mehrere Wickelmodule für die Simultanwicklung mehrerer Spulen. Durch die feste räumliche Verbindung der eingesetzten Wickelmodule kann dann der Modulrahmen als ganzes bewegt werden, um neben der Nadelschlittenbewegung (Z-Hub) eine weitere Hubbewegung, den Y-Hub, zu bewirken. Vorzugsweise stehen die Z- und die Y-Richtung im Wesentlichen senkrecht zueinander. Insbesondere kann die Z-Richtung in der Vertikalen (bspw. entlang der Gravitationsrichtung) und kann die Y-Richtung in der Horizontalen (als bspw. entlang des Wickeltisches) verlaufen.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung wird also die Bewegung des Nadelschlittens im Modulrahmen als Z-Hubbewegung, die Bewegung des Modulrahmens als Y-Hubbewegung bezeichnet. Die dritte Raumrichtungsbewegung (X-Hubbewegung) kann dann bspw. durch eine Schalteinheit, die eine Rotationsbewegung um die Z-Achse bewirken kann, ausgeführt. Die Y- und Z-Hubrichtungen und vorzugsweise auch die X-Hubrichtung stehen bevorzugt jeweils im Wesentlichen senkrecht zueinander.
  • Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für die Nadelwickeltechnik geeignet. Andere Techniken können jedoch auch angewendet werden.
  • In einer Weiterbildung umfassend der Modulrahmen ein Einzelrotationselement oder mindestens ein Paar aus einem ersten und zweitem Rotationselement. Das Rotationselement ist mit jedem Wickelmodul koppelbar, sodass eine Rotationsbewegung des mindestens einen Rotationselements in die Verfahrbewegung jedes sich im Modulrahmen befindlichen Schlittens (Z-Hub) umwandelbar ist. Über die Kopplung kann also die Rotationsbewegung des Einzelrotationselements oder mindestens einen Paares aus einem ersten und zweiten Rotationselement in das Wickelmodul eingeleitet werden.
  • Vorzugsweise ist in der Weiterbildung des Modulrahmens mit einem Paar aus Rotationselementen das erste und zweite Rotationselement des Paares entlang der ersten Richtung voneinander beabstandet, vorzugsweise im Wesentlichen über eine Höhe des Wickelmoduls, rotierbar am oder im Modulrahmen gelagert. So kann bspw. die Rotationsbewegung vom Modulrahmen von unten und von oben in das Wickelmodul eingeleitet werden.
  • In einer Weiterbildung weist der Modulrahmen ferner eine Kopplungseinrichtung auf, welche die Rotationsbewegung des Einzelrotationselements oder des Paares von Rotationselementen in die Verfahrbewegung des mindestens einen sich im Modulrahmen befindlichen Nadelschlittens umsetzt. Entsprechend ist die Kopplungseinrichtung mit dem Einzelrotationselement bewegungsgekoppelt oder mit mindestens einem Rotationselement des mindestens einen Paares aus einem ersten und zweitem Rotationselement bewegungsgekoppelt, wobei die Kopplungseinrichtung weiter mit dem Nadelschlitten bewegungsgekoppelt ist, sodass der Nadelschlitten über die Rotationsbewegung des Einzelrotationselements oder des mindestens einen Rotationselements des mindestens einen Paares aus einem ersten und zweitem Rotationselement entlang der ersten Richtung bewegbar ist. Hierbei ist die Kopplung des Nadelschlittens und der Kopplungseinrichtung vorzugsweise einfach lösbar, um das Wickelmodul schnell in den Rahmen einzubauen und wieder auszubauen.
  • Es ist besonders bevorzugt in den Ausführungsbeispielen mit einem Paar von Rotationselementen, dass die die Rotationsbewegung des ersten und zweiten Rotationselementes des Paares koppelt, bspw. durch einen Synchronisationstrieb wie ein Gewinde oder ein Riementrieb. Dadurch ist eine synchrone und sauber geführte Bewegung möglich, was hilft, eine besonders hohe Wickelgeschwindigkeit zu erreichen.
  • In einer Weiterbildung des Modulrahmens ist das erste Rotationselement eine erste Welle oder eine an einer ersten Welle gelagerte erste Scheibe, insbesondere eine Zahnscheibe, und das zweite Rotationselement eine zweite Welle oder an einer zweiten Welle gelagerte zweite Scheibe, insbesondere eine Zahnscheibe. Die Kopplungseinrichtung kann dann als Riementrieb ausgebildet sein und weiter einen Schlittenriemen zur Bildung eines Riementriebs mit dem ersten und zweiten Rotationselement aufweisen. Der der Schlittenriemen ist vorzugsweise als Zahnriemen und die ersten und zweite Rotationselemente des Paares vorzugsweise als Zahnscheiben ausgebildet; zusammen bilden sie einen Zahnriementrieb.
  • Besonders bevorzugt ist, wenn der Modulrahmen eine oder zwei Wellen aufweist, wobei an jeder Welle eine Scheibe pro Wickelmodulaufnahme vorgesehen ist. Über diese Scheibe kann dann die Rotationsbewegung des Einzelrotationselements oder des Paares von Rotationselementen vom Rahmen in das Modul eingekoppelt werden, was zur linearen Z-Bewegung des Nadelschlittens führt.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausbildung mit zwei Wellen und entsprechend je einer Scheibe pro Welle für jedes Wickelmodul oder jeder Aufnahme, wobei der Schlittenriemen mit diesen zwei Riemen einen Riementrieb bildet. Dabei können erste und zweite Riemenenden vorzugsweise über Klemmplatten am ersten bzw. am zweiten Rotationselement (also an der Welle oder der drehfest auf der Welle angebrachten Scheiben) befestigt sein.
  • Der Schlittenriemen erstreckt sich vorzugsweise entlang der ersten Richtung. Damit ist eine besonders einfache Umsetzung der Rotationsbewegung des mindestens einen Rotationselements in die Linearbewegung des Nadelschlittens möglich.
  • Der offene Riemen erlaubt eine einfache Kopplung des Nadelschlittens an den Riementrieb. Insbesondere muss der Riemen nur einmal durch oder an den Schlitten geführt werden. Insbesondere muss das Wickelgut bei einem offenen Riemen nur einmal durch den Riemen geführt werden. Der Riemen kann zwecks einfachen Ausbaus des Moduls aus dem Modulrahmen lösbar direkt am Nadelschlitten befestigt sein. Der offene Riemen kann insbesondere über eine im Nadelschlitten integrierte Klemmplatte lösbar am Nadelschlitten befestigt sein, sodass der Riemen einfach durch Lösen der Klemmplatte vom Nadelschlitten entkoppelbar ist.
  • In einer Weiterbildung ist der Schlittenriemen also lösbar am Nadelschlitten befestigt, vorzugsweise über eine am Nadelschlitten angebrachte Klemmplatte. Andere Befestigungsmöglichkeiten sind auch denkbar.
  • Um eine möglichst synchrone Bewegung der Nadelschlitten zu erhalten, ist bevorzugt, dass alle der Einzelrotationselemente und/oder der ersten und zweiten Rotationselemente getrieben sind, vorzugsweise jeweils über mindestens einen ersten Servomotor oder über genau einen einzelnen ersten Servomotor. Die Bewegung kann weiter durch das Vorsehen von Synchronisationstrieben gleich gemacht werden. So können bspw. in Modulen mit zwei Wellen die beiden Wellen über einen Synchronisationstrieb, bspw. mindestens einen weiteren Riementrieb, gekoppelt werden. Diese Synchronisationsriementriebe können vorzugsweise endseitig der Wellen am Modulrahmen vorgesehen sein.
  • Bevorzugt ist also ein Modulrahmen, wobei die erste und zweite Welle über mindestens eine zusätzliche Synchronisationsvorrichtung drehfest verbunden ist, vorzugsweise so, dass die Wellen in die gleiche Richtung drehen; und
    wobei die Synchronisationsvorrichtung vorzugsweise einen Synchronisationsriemen aufweist, welcher vorzugsweise als Zahnriemen ausgebildet ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann also der Z-Hub aller eingesetzten Wickelmodule über einen einzelnen ersten Servomotor bewirkt werden.
  • Der einzelne erste Servomotor ist vorzugsweise jeweils über ersten Riementrieb mit dem/den ersten Rotationselement(en) und vorzugsweise über einen zweiten Riementrieb mit dem/den zweiten Rotationselement(en), falls vorhanden, gekoppelt.
  • Die hierin erwähnten Riementriebe weisen vorzugsweise eine Spannscheibe auf, über welche die Spannung des Riemens einstellbar ist.
  • Grundsätzlich können die hierin erwähnten Riementriebe auch durch Zahnradgetriebe, Schubstangen oder andere Bewegungsübertragungselemente ersetzt werden.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wickelvorrichtung anzugeben, welche ein verbessertes Wickeln von Spulen ermöglicht, vorzugsweise unter Anwendung der Nadelwickeltechnik.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 13 gelöst. Demgemäss wird eine Wickelvorrichtung zum automatischen Wickeln, vorzugsweise unter Anwendung der Nadelwickeltechnik, von Wickelgut, insbesondere von Draht in Nuten eines Wickelkörpers, zur Herstellung einer Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Ankers oder aussengenuteten Stators, vorgeschlagen.
  • Die Wickelvorrichtung umfasst ein Maschinengestell, eine Tischplatte mit mindestens einer Schalteinheit zur Aufnahme und Schaltung (X-Hub) des Wickelkörpers, und einen erfindungsgemässen Modulrahmen (für den synchronen Y-Hub, s. unten) wie hierin beschrieben, wobei das mindestens eine erfindungsgemässes Wickelmodul (welches den Z-Hub ermöglicht) wie hierin beschrieben vorzugsweise derart im Modulrahmen befestigt ist, dass die erste Richtung (Z) senkrecht zur zweiten Richtung (Y) steht. Da die Schalteinheit vorzugsweise eine Drehbewegung des Wickelkörpers senkrecht zur Tischplatte, also in Z-Richtung, verursacht, ist der X-Hub dann im Wesentlichen senkrecht zum Y- und Z-Hub.
  • In einer Weiterbildung der Wickelvorrichtung ist der Modulrahmen relativ zur Tischplatte entlang einer zweiten Richtung bewegbar ist und so alle im Modulrahmen befestigten Wickelmodule entlang der zweiten Richtung (Y-Hub) bewegbar sind.
  • Vorzugsweise weist die Wickelvorrichtung mindestens einen, vorzugsweise genau einen einzelnen, zweiten Servomotor zur Bewegung des Modulrahmens entlang der zweiten Richtung auf.
  • Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind also ein einzelner erster Servomotor zur Bewirkung des Z-Hubes (jedes Wickelmodul) und ein einzelner zweiter Servomotor zur Bewirkung des Y-Hubes (gesamter Modulrahmen) vorgesehen. Dies erlaubt einen leichten, kostengünstigen und zuverlässigen Aufbau der Wickelvorrichtung. Der X-Hub kann dann über einen oder mehrere dritte Servomotoren bewirkt werden. Es können also ein oder mehrere dritte Servomotoren vorgesehen sind, wobei, im Fall mehrerer dritter Servomotoren mit jedem dritten Servomotor mindestens eine, vorzugsweise genau zwei oder mehr, Schalteinheiten gleichzeitig (bspw. über eine Kopplung mittels Riementrieb) schaltbar sind.
  • Gemäss einer Weiterbildung der Wickelvorrichtung sind 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehr vorzugsweise einzeln entnehmbare Wickelmodule im gleichen Modulrahmen vorgesehen, wobei vorzugsweise eine gerade Anzahl von 2, 4, 6, 8 oder mehr Wickelmodulen im Modulrahmen befestigt sind oder befestigbar sind.
  • In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Wickelvorrichtung sind mehrere oder alle Wickelgutklemmeinrichtungen, die in den jeweiligen Nadelschlitten der Wickelmodule untergebracht sind, untereinander gekoppelt, vorzugsweise über eine Schubstange bewegungsgekoppelt. Besonders bevorzugt ist, dass mehrere oder alle Wickelgutklemmeinrichtungen über eine, vorzugsweise dieselbe, Hydraulikeinrichtung, vorzugsweise einen hydraulischen, insbesondere pneumatischen, Zylinder, betätigbar sind. Andere Betätigungseinrichtungen, bspw. ein Bowdenzug oder Elektromotoren, sind hier jedoch auch denkbar.
  • Gemäss der vorliegenden Erfindung kann das erfindungsgemässe Wickelmodul, der erfindungsgemässe Modulrahmen und die erfindungsgemässe Wickelvorrichtung zum Wickeln von Spulen, insbesondere von Ankern oder aussengenuteten Statoren, für eine elektrische Maschine, verwendet werden. Hierbei kommt als Wickelgut vorzugweise Draht, insbesondere Draht mit einem Durchmesser von 0.5 Millimeter bis 2 Millimeter, vorzugsweise von mehr als 1 Millimeter, vorzugsweise von 1 Millimeter bis 1.5 Millimeter, zum Einsatz.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Wickelvorrichtung mit Modulrahmen und eingesetzten Wickelmodulen;
    Fig. 2
    eine erste Detail-Querschnittansicht der Wickelvorrichtung nach Fig. 1;
    Fig. 3
    in einer perspektivischen Frontansicht eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Modulrahmens nach Fig. 1 mit 6 Wickelmodulen mit jeweils einem verfahrbaren Nadelschlitten;
    Fig. 4
    in einer perspektivischen Rückansicht den Modulrahmen nach Fig. 3;
    Fig. 5
    eine zweite Detail-Querschnittansicht der Wickelvorrichtung nach Fig. 1;
    Fig. 6
    in einer perspektivischen Ansicht von vorne oben eine Detailansicht des Wickelmoduls mit dem Nadelschlitten nach Fig. 1;
    Fig. 7
    in einer Seitenansicht das Wickelmodul nach Fig. 6;
    Fig. 8
    einen Schnitt durch den Nadelschlitten nach Fig. 6;
    Fig. 9
    eine Ausführungsform einer nach Fig. 8 im Nadelschlitten angeordneten Wickelgutklemmeinrichtung;
    Fig. 10
    eine Ausführungsform einer im Modulrahmen angebrachten Hydraulikeinrichtung zur Betätigung der Wickelgutklemmeinrichtung der Wickelmodule; und
    Fig. 11
    eine Ausführungsform einer Schaltvorrichtung mit zwei Schalteinheiten, die über einen Riementrieb mit einem Servomotor gekoppelt sind.
    BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Anhand der Figuren 1 bis 11 werden nun Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als Wickelgut wird hier Metalldraht 8 verwendet.
  • Figur 1 zeigt eine Wickelvorrichtung 1 mit einem Maschinengestell 10. Die Wickelvorrichtung 1 weist weiter einen Steuerschrank 41, eine Drahtzuführung 42, eine Drahtklemm- und Schneideeinheit 43 zum Anhängen des Drahtes in Kommutatoren 7, ein Beladehandling 44 und eine Schalteinheit 6 auf. Zudem weist die Wickelvorrichtung 1 einen Modulrahmen 12 mit einer Vielzahl von Wickelmodulen 2 auf.
  • Das Maschinengestell 10 ist geschweisst und aus Vierkantstahlrohren zusammengesetzt. In das Maschinengestell 10 ist eine Tischplatte 11 eingebaut, welche als Basis für weitere Funktionsgruppen dient. Das Maschinengestell 10 ist teilweise mit einer Sicherheitsverschalung 101 versehen. Die Sicherheitsverschalung 101 kann aus Nutprofilen aus Aluminium bestehen. Türen sind mit Tierschutzhaltern gesichert. Andere Konstruktionen sind möglich.
  • Der Steuerschrank 41 weist ein Bedienpanel zur Bedienung der Wickelvorrichtung 1 auf. Der Steuerschrank 41 ist auf der Rückseite im Maschinengestell 10 integriert. Das Bedienpanel 411 ist an einem Galgen 412 vor der Wickelvorrichtung 101 drehbar aufgehängt.
  • Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Wickelvorrichtung 1 nach Fig. 1. Im Vordergrund (unten rechts) ist eines der Wickelmodule 2 zu erkennen, das im Modulrahmen 12 eingebaut ist. Der Modulrahmen 12 seinerseits ist auf dem Tisch 11 im Maschinengestell 10 gelagert. Der Modulrahmen 12 ist linear verfahrbar auf einer Führungseinrichtung 46 angeordnet (Y-Hub). Eine sich entlang der Y-Richtung erstreckende erste Führungsschiene 461 der Führungseinrichtung 46 ist in Figur 2 erkennbar.
  • Oberhalb des Modulrahmens 12 ist das Beladehandling 44 gezeigt. Das Beladehandling 44 weist zwei seitlich angeordnete Stützen 441 auf, an welchen jeweils ein quer zur Stütze 441 verlaufender Ausläufer 441 vorgesehen ist. Das Beladehandling 44 weist zwei lateral in der Wickelvorrichtung 1 auf dem Tisch 11 angeordnete Stützen 441 mit jeweils einem Ausleger 442 auf. Die Ausleger 442 sind parallel zueinander angeordnet und über zwei Servomotoren in zwei Achsen frei beweglich. Die Synchronisation der beiden Ausleger 442 erfolgt über eine Antriebstange in der Antriebsachse der Motoren. Die Bewegung der Ausleger 442 wird über einen umlaufenden Zahnriemen 443 in Kreuzanordnung erwirkt. Dieses Antriebskonzept wird auch als "T-Bot" bezeichnet. Auf dem Ausleger 442 ist beidseitig eine pneumatische Dreheinheit 444 angeflanscht. Zwischen diesen Dreheinheiten 444 sitzt der mittels der Dreheinheiten 444 drehbar gelagerte Aufnahmebalken 445 für die Produktgreifer 446. Pro Wickelmodul 2 sind immer zwei Greifer 446 einander gegenüber angeordnet. Dieses Doppelgreifersystem ermöglicht ein Be- und Entladen losgelöst vom Wickelprozess. Der Ablauf sieht wie folgt aus: Nachdem ein Produkt 7 mit der Spule 5 fertig bewickelt ist, fährt der eine Greifer 446 zu, eine Spanneinheit wird gelöst, das Handling 44 fährt nach oben weg, dreht um 180° und setzt das ungewickelte Produkt 7 mit dem anderen Greifer 446 in die Spanneinheit ein. Die geschieht simultan für alle Wickelmodule 2. Nachdem das Handling 44 weggefahren ist, kann der Wickelprozess gestartet werden. Gleichzeitig erfolgt nun das Entladen der gewickelten Statoren auf eine Ablage 45 (Warteposition) oder einen Werkstückträger.
  • Figur 2 zeigt weiter einen Teil der Drahtklemm-und Schneideeinheit 43 zum Anhängen des Drahtes 8 an Kommutatoren. Die Einheit 43 ist oberhalb des Wickelmoduls 2 angeordnet. Die Einheit 43 beinhaltet zwei Hauptfunktionen, nämlich (i) über vertikalen, pneumatischen Antrieb drückt eine Klemmhülse den Anfangsdraht 8 in einen Nutgrund des ersten Hakens am Kommutator, damit die ersten Windungen gewickelt werden können; und (ii) über einen horizontalen pneumatischen Antrieb wird über eine Zahnstange eine Messeraufnahmehülse in Drehbewegung versetzt. Über eine Schneidkante der Aussenhülse wird der Draht 8 getrennt und durch den Messerkörper um den Haken gebogen. Dadurch wird verhindert, dass das Drahtende den Draht 8 im benachbarten Haken berührt.
  • Figur 3 zeigt den Modulrahmen 12 in einer Frontalansicht. Der Modulrahmen 12 weist zwei Trapez-förmige Seitenwände auf, welche über eine Bodenplatte und eine gegenüberliegend parallel zur Bodenplatte angeordnete Strebe miteinander verbunden sind. Zwischen den Seitenwänden erstreckt sich im oberen Bereich eine erste Welle 121 über die gesamte Länge des Modulrahmens 12. In Z-Richtung beabstandet zur ersten Welle 121 ist eine zweite Welle 122 angeordnet, welche sich ebenfalls über die gesamte Länge des Modulrahmens 12 erstreckt. Die erste und zweite Welle 121, 122 sind lateral jeweils über einen Synchronisationstrieb 128 miteinander drehfest verbunden. Hierzu sind endseitig auf jeder Welle 121, 122 jeweils drehfest angeordnete Scheiben angebracht. In Z-Richtung voneinander beanstandete Zahnscheiben des Synchronisationstriebes 128 sind nun über einen geschlossenen Zahnriemen bewegungsgekoppelt. Mittig zwischen den über den Riementrieb verbundenen Zahnscheiben ist jeweils eine Spannscheibe vorgesehen, welche für die stimmige Spannung des Riemens des Riementriebes 128 sorgt.
  • Über die Länge des Rahmens 12 sind nun sechs äquidistant verteilte Wickelmodule 2 angeordnet. Die erste Welle 121 und die zweite Welle 122 weisen jeweils für jedes Wickelmodul 2 eine drehfest auf der jeweiligen Welle 121, 122 angebrachte erste Zahnscheibe 123 bzw. zweite Zahnscheibe 124 auf. Auf der ersten und zweiten Welle 121, 122 sind also sechs erste Zahnscheiben 123 und sechs zweite Zahnscheiben 124 vorgesehen. Bei Ausführungsformen mit mehr oder weniger Aufnahmen für Wickelmodule 2 können natürlich entsprechend viele erste und zweite Zahnscheiben 123, 124 vorgesehen sein. Die Aufnahmen am Modulrahmen sind also durch die Zahnscheiben und entsprechende Befestigungsmittel zur Befestigung des jeweiligen Modulgestells 20 gekennzeichnet.
  • Über einen ersten Servomotor S1, welcher über einen ersten Riementrieb 126 auf die erste Welle 121 und über einen zweiten Riementrieb 127 auf die zweite Welle 122 greift, sind beide Wellen 121, 122 motorgetrieben und über die Synchronisationstriebe 128 bewegungsgekoppelt.
  • Figur 4 zeigt den Modulrahmen 12 in einer Rückansicht. Es ist zu erkennen, dass Modulgestelle 20 der Wickelmodule 2 jeweils an der Bodenplatte und an der oberen strebe des Rahmens 12 in den Aufnahmen verschraubt sind.
  • Zudem ist in den Figuren 3 und 4 erkennbar, dass der Modulrahmen 12 auf der Führungseinrichtung 46 gelagert ist, welche die erste Führungsschiene 461 und die zwei weiteren Schienen 462, 463 aufweist. Der Modulrahmen 12 weist den Führungsschienen 461 bis 463 zugeordnete Fahreinheiten 465 auf, auf welchen der Modulrahmen 12 dann auf den Schienen 461 bis 463 verfahren werden kann. Grundsätzlich würden natürlich auch weniger Schienen ausreichen, insbesondere liefern die beiden äusseren Schienen 461, 462 eine stabile Führung und die dritte Führungsschiene 463 reduziert das Spiel weiter.
  • Bewegt wird nun der Modulrahmen 12 in der Y-Richtung über einen zweiten Servomotor S2, welcher über eine sich in Y-Richtung erstreckende Stange 464 auf den Modulrahmen 12 greift und diesen in Y Richtung beweglich macht (Y-Hub).
  • Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch die Wickelvorrichtung 1. Es ist die auf dem Tisch 11 des Maschinengestells 10 angeordnete Drahtzuführung 42 erkennbar. Die Drahtzuführung 42 ist mit Drahtbremsen und Drahtkompensationsmechanik ausgestattet. Die Drahtzuführung 42 führt den Draht über einen Führungsschlauch zu. Nach einer Vorbremse 432 wird der Draht 8 um eine Vulkollan-beschichtete Bremsrolle 433 der Magnetpulverbremse gewickelt (540°) und in vertikaler Richtung um eine erste Umlenkrolle 434 nach einer 90°-Umlenkung um eine zweite Umlenkrolle 435 und von da zurück auf die Kompensationsrolle 436 geführt. Die Kompensationsrolle 436 wird auf einem Führungsschlitten 437, in horizontaler Richtung durch einen pneumatischen Zylinder 438 mit Leichtlaufeigenschaften, gegen das Wickelmodul 2 gedrückt. Dieser Kompensationsdruck wird über ein Proportionalventil über eine Steuerung eingestellt. So wird gewährleistet, dass beim Wickelprozess nie loser Draht 8 entsteht und der Drahtzug konstant bleibt. Die einzelnen Drahtabroller (nicht gezeigt) sind hinter dem Wickelmodul 2 auf die Tischplatte 11 der Wickelvorrichtung 1 geschraubt und so für den Drahtwechsel optimal zugänglich.
  • Weiter, auf der linken Seite, ist in Figur 5 der Modulrahmen 12 erkennbar und ein Wickelmodul 2 mit Modulgestell 20. im oberen Bereich des Wickelmoduls 2 ist wiederum die erste Welle 121 mit der erste Zahnscheibe 123 angeordnet, im unteren Bereich die zweite Welle 122 mit der zweiten Zahnscheibe 124. Die beiden Zahnscheiben 123, 124 sind über einen sich entlang der Z-Richtung erstreckenden offenen Zahnriemen 1250 einer Kopplungseinrichtung 125 bewegungsgekoppelt. Der Zahnriemen 1250 ist am Nadelschlitten 24 befestigt. Der Nadelschlitten 24 ist weiter zwischen zwei im Wickelmodul 2 vorgesehenen Führungsschienen 261, 262 angeordnet und so über Bewegung der Wellen 121, 122 entlang der Führungsschienen 261, 262 in Z-Richtung verfahrbar. Die Führungsschienen 261, 262 sind durch die Ausnehmungen 246 (Durchgangsöffnungen) durch den Nadelschlitten 24 geführt. Der Nadelschlitten 24 ist im Bereich der Ausnehmungen 246 mit Lagern 2460 versehen, sodass ein möglichst reibungsfreies Gleiten des Nadelschlittens 24 entlang der Führung 26 möglich ist.
  • Vor dem Modul 2 steht der Wickelkörper 7, welcher auf der Schalteinheit 6 aufgespannt ist. Der Wickelkörper 7 weist eine Vielzahl von Zähnen 72 auf, welche über Nuten 72 getrennt sind. Das Wickelmodul 2 weist einen in Z-Richtung verfahrbaren Nadelschlitten 24 mit einer Nadel 25 auf, aus welcher der Draht 8 in die Nuten 71 zur Umwicklung der Zähne 72 eingelegt wird, womit die Spule 5 gebildet wird.
  • Figur 6 zeigt das Wickelmodul 2 in einer perspektivischen Ansicht von oben. Figur 7 zeigt das Wickelmodul 2 im Rahmen 12 in einer Ansicht von der Seite.
  • Man erkennt das im Wesentlichen quaderförmige Modulgestell 20 mit der mittigen Durchgangsöffnung. Seitlich sind die beiden Führungsschienen 261 und 262 angebracht. Zwischen diesen Schienen 261, 262 ist der Nadelschlitten 24 in der Z-Richtung verfahrbar angeordnet.
  • Der Nadelschlitten 24 weist eine weitere Durchgangsöffnung zur Durchführung einer Drehmomentwelle 2421 auf. Die Drehmomentwelle 2421 greift auf eine Wickelgutklemmeinrichtung 240, welche ihm man Nadelschlitten 24 angeordnet ist. Figur 6 zeigt wie der Draht 8 durch eine Öffnung in das Innere des Nadelschlitten geführt wird und am gegenüberliegenden Ende durch die Nadel 25 entlang der Nadelachse 250 (s. Fig. 7) wieder austritt.
  • Figur 7 zeigt zudem den ersten Riementrieb 126, über welchen der erste Servomotor S1 auf die erste Welle 121 greift. Auch die Spannscheibe des ersten Riementriebs 126 ist erkennbar.
  • Zudem sind in Figur 7 die Details der Kopplungseinrichtung 125 erkennbar. Die erste Riemenscheibe 123 mit Zahnung 1231 ist über eine Klemmplatte 1222 mit einem oberen Abschnitt 1251 des Zahnriemens 1250 des Riementriebes 125 verbunden. Der Riemen 125 wird durch die Öffnung 2470 (s. Fig. 8) durch den Nadelschlitten 24 geführt und mit der Klemmplatte 247 (s. auch Figuren 6 und 8) festgeklemmt. Im unteren Bereich 1252 ist der Riemen 1250 über eine weitere Klemmplatte 1222 mit der unteren zweiten Zahnscheibe 124 mit Zahnung 1241 verbunden. In der Situation nach Figur 7 ist erkennbar, dass der Riemen 1250 dann grossen Teil bereits um die Zahnscheibe 124 gewickelt ist, mit Zahnung 1253 in die Zahnung 1241 der Scheibe 124 eingreift und daher sich der Nadelschlitten 24 in einer unteren Position befindet.
  • In den Figuren 6 und 7 ist auch der Klemmhebel 241 der Wickelgutklemmeinrichtung 240 zu erkennen.
  • Figuren 8 und 9 zeigen einen Schnitt durch den Nadelschlitten 24, wodurch die Wickelgutklemmeinrichtung 240 erkennbar ist. Die Wickelgutklemmeinrichtung 42 weist den Klemmhebel 241 auf, welcher über einen Hebelaktuator 242 bedarfsgerecht verschwenkbar ist. Die Wickelgutklemmeinrichtung 42 weist überdies ein Exzenterelement 242 auf. Der Klemmhebel 241 ist ein zweiarmiger Klemmhebel mit einem ersten Armabschnitt 2411 und einem zweiten Armabschnitt 2412. Der Hebel 241 ist L-förmig ausgebildet und in einer im Wesentlichen L-förmigen Ausnehmung 245 im Nadelschlitten 24 mittig bezüglich der Z-Richtung angeordnet. Der Hebel 241 ist am Hebellager 2413 verschwenkbar im Nadelschlitten 24 gelagert.
  • Über den ersten Armabschnitt 2411 tritt der Klemmhebel 241 mit dem Exzenterelement 242 in Wechselwirkung. Das Exzenterelement 242 ist drehfest an der Drehmomentwelle 2421, welche die Achse des Exzenterelements 242 bildet, angeordnet. Wird nun die Drehmomentwelle 2421 rotiert, so rotiert das Exzenterelement 242 entsprechend mit. In Figuren 8 und 9 ist erkennbar, dass das Exzenterelement 242 eine exzentrische Scheibe ist, welche je nach Drehlage mit einer Verdickung auf den ersten Hebelabschnitt 2411 drücken und so den in der Klemmposition vorgespannten Klemmhebel 241 in die Freigabeposition drücken kann.
  • Über den zweiten Armabschnitt 2412, welcher Wesentlichen parallel zum Wickelgutkanal 243 verläuft, kann der Klemmhebel 241 in Klemmposition auf ein allfällig im Wickelgutkanal 243 eingeführten Draht 8 greifen und diesen dort festklemmen, sodass er sich weder um die eigene Achse verdreht noch entlang seiner Längsrichtung verrutscht. Der Hebelarm 2412 ist dazu mit einem Klemmelement 2427 ausgerüstet, welches direkten Kontakt mit dem Draht 8 macht. Gegenüber des Klemmelementes 2427 sind die Widerlager 2428 vorgesehen, sodass ein optimaler Klemmpunkt im Nadelschlitten 24 bereitgestellt werden kann. Der zweite Hebelabschnitt 2412 verjüngt sich zu seinem freien Ende hin. Zudem befindet sich am freien Ende des Hebelarmes 2412 der Angriffspunkt eines Federelementes 2424 zur Vorspannung des Hebels 241 in Klemmposition. Das Federelement 2424 ist als Druckfeder ausgebildet, welche über die Justierschraube 2426 in ihrer Spannung einstellbar ist.
  • Die Figur 9 zeigt ebenfalls für die Durchführung des Drahtes 8 vorgesehene Eintrittsöffnung in den und Austrittsöffnung aus dem Nadelschlitten 24. Die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung sind durch den Wickelgutkanal 243 verbunden. Der Wickelgutkanal 243 verläuft im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Führungsschienen 261, 262 und im Wesentlichen mittig bezüglich der Z-Erstreckung des Nadelschlittens 24. Dadurch werden Drehmomente auf den Nadelschlitten 24 minimiert.
  • Figur 10 zeigt eine Hydraulikeinrichtung 3 zur Bewegung der jeweiligen Drehnomentwellen 2421. Die Drehmomentwelle 2421 sind am unteren Ende über L-förmige Stücke 331 mit einer parallel zum Tisch 11 verlaufenden Schubstange 33 verbunden. Diese Schubstange 33 ist über eine Anlenkung 34 mit einer Betätigungskolbenstange 32, die ihn einem pneumatischen Betätigungszylinder 31 der Hydraulikeinrichtung 3 gelagert ist, verbunden. Mit der Betätigung des Betätigungszylinders 31 wird also die Schubstange 33 bezüglich dem Zylinder 31 nach vorne oder zurück bewegt, sodass die L- förmigen Verbindungsstücke 331 und damit die Drehmomentwelle 4421 rotiert werden. Entsprechend sind also durch die Betätigung der Hydraulikeinrichtung 3 die Exzenterelemente 2422 der montierten Wickelmodule 2 rotierbar.
  • Figur 11 zeigt die Schalteinheit 6 weist eine Schaltachse 62 auf und wird durch ein doppelreihiges Kugellager 63, in einem Aufnahmegehäuse das in die Tischplatte 11 eingesetzt ist, gelagert. Der Antrieb erfolgt über einen Zahnriementrieb 61. Im Aufnahmedorn 64 ist eine Spanneinheit bestehend aus einer Spannzange eingesetzt. Diese Spannzange ist auf den Wellendurchmesser des Wickelkörpers 7 ausgelegt und wird über ein Tellerfederpaket gespannt. Um diese Spannung zu lösen, kann von unten mit einem Dorn gegen das Tellerfederpaket gedrückt werden. Dadurch öffnet sich die Spannzange, da sie von einem Konus abgehoben wird. Die Schaltachsen 62 werden paarweise über einen Zahnriementrieb 62 angetrieben. Ein dritter Servomotor S3 wird mittig zu den Achsen 62, seitlich versetzt angebaut. Diese Schalteinheit 6 kann nun mehrfach verbaut werden und ermöglicht Maschinenvarianten von 4, 6 oder 8 Wickelspindeln. Anstelle von Spanneinheiten mit Spannzangen (spannen von Wellen) können auch Aufnahmen für Statoren mit Spanndornen ausgerüstet werden (spannen in Bohrungen). BEZUGSZEICHENLISTE
    1 Wickelvorrichtung 2422 Exzenterelement/-scheibe
    10 Maschinengestell 2423 Spannvorrichtung
    101 Sicherheitsverschalung 2424 Federelement
    11 Tischplatte 2425 Achse
    2426 Justierschraube
    12 Modulrahmen 2427 Klemmelement
    120 Aufnahme 2428 Widerlager
    121 erste Welle 243 Wickelgutkanal
    1211 Zahnung von 123 244 Ausnehmung für 242
    1212 Klemmplatte 245 Ausnehmung für 241
    246 Ausnehmung für 261 bzw. 262
    122 zweite Welle
    1222 Klemmplatte 2460 Lager
    123 erstes Rotationselement, Scheibe 247 Klemmplatte
    2470 Ausnehmung in 24 für 247
    1231 Zahnung von 123
    124 zweites Rotationselement, Scheibe 25 Nadel
    250 Nadelachse
    1241 Zahnung von 124
    125 Kopplungseinrichtung 26 Führungseinrichtung für 24
    1250 Schlittenriemen 261 erste Führungsschiene von 26
    1251 erstes Ende von 1250 262 zweite Führungsschiene von
    1252 zweite Ende von 1250 26
    1253 Zahnung von 1250
    126 erster Riementrieb
    127 zweiter Riementrieb 3 Hydraulikeinrichtung, pneumatischer Zylinder
    128 Synchronisationsriementrieb
    31 Betätigungszylinder
    2 Wickelmodul 32 Betätigungskolbenstange
    20 Modulgestell 33 Schubstange
    331 Verbindung 2421 und 33
    24 Nadelschlitten 34 Anlenkung
    240 Wickelgutklemmeinrichtung
    241 Klemmhebel 41 Steuerschrank
    2411 erster Hebelarm 441 Bedienpanel
    2412 zweiter Hebelarm 442 Galgen
    2413 Hebellager 42 Drahtzuführung mit
    242 Hebelaktuator Drahtbremsen und
    2421 Drehmomentwelle Drahtkompensations-
    mechanik 461 erste Führungsschiene von 46
    43 Drahtklemm- und Schneideeinheit zum Anhängen des Drahtes in Kommutatoren 462 zweite Führungsschiene von 46
    463 dritte Führungsschiene von 46
    431 Führungsschlauch 464 Stange
    432 Vorbremse 465 Fahreinheit
    433 Bremsrolle
    434 erste Umlenkrolle
    435 zweite Umlenkrolle 5 Spule
    436 Kompensationsrolle
    437 Führungsschlitten für 436 6 Schalteinheit
    438 pneumatischer Zylinder 61 Riementrieb
    62 Schaltachse
    44 Beladehandling 63 Kugellager
    441 Stütze 64 Aufnahmedorn
    442 Ausleger
    443 Zahnriemen in 7 Wickelkörper
    Kreuzanordnung 71 Nuten
    444 pneumatische Dreheinheit 72 Wickelzahn
    445 Aufnahmebalken
    446 Produktegreifer S1 erster Servomotor
    S2 zweiter Servomotor
    45 Warteposition S3 dritter Servomotor
    46 Führungseinrichtung für 2

Claims (17)

  1. Wickelmodul (2) für eine Wickelvorrichtung (1) zum automatischen Wickeln von Wickelgut (8), insbesondere von Draht in Nuten (71) eines Wickelkörpers (7), zur Herstellung einer Spule (5) für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Rotor und/oder Stator, besonders bevorzugt einen Anker oder aussengenuteten Stator, wobei das Wickelmodul (2) umfasst:
    ein Modulgestell (20);
    einen Nadelschlitten (24) mit einer Nadel (25), wobei der Nadelschlitten (24) entlang einer ersten Richtung (R1) verfahrbar im Modulgestell (20) gelagert ist;
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Wickelmodul (2) weiter eine Wickelgutklemmeinrichtung (240) zur Klemmung des Wickelgutes (8) aufweist; wobei die Wickelgutklemmeinrichtung (240) ausgebildet ist, um das Wickelgut (8) gegen Verdrehen um und gegen Verschieben entlang der Nadelachse (250) zu sichern; und wobei die Wickelgutklemmeinrichtung (240) im oder am Nadelschlitten (24) angeordnet ist.
  2. Wickelmodul (2) nach Anspruch 1, wobei die Wickelgutklemmeinrichtung (240) einen am oder im Nadelschlitten (24) gelagerten Klemmhebel (241) aufweist, welcher bewegbar ist, insbesondere verschwenkbar ist, zwischen:
    einer Klemmposition, in welcher das Wickelgut (8) beim bestimmungsgemässen Gebrauch des Wickelmoduls (2) vom Klemmhebel (241) geklemmt ist;
    einer Freigabeposition, in welcher der Klemmhebel (241) das Wickelgut (8) beim bestimmungsgemässen Gebrauch des Wickelmoduls (2) zur Bewegung relativ zur Nadel (25) freigibt; und
    wobei der Klemmhebel (241) vorzugsweise ein zweiarmiger Hebel ist und/oder ein L-förmiger Hebel ist.
  3. Wickelmodul (2) nach Anspruch 2, wobei der Klemmhebel (241) über einen Hebelaktuator (242) bewegbar ist, wobei der Hebelaktuator (242) ein bewegbar gelagertes Exzenterelement (2422) aufweist;
    wobei der Klemmhebel (241) und/oder das Exzenterelement (2422) vorzugsweise vorgespannt ist, insbesondere in der Klemmposition, mittels einer Spannvorrichtung (2428); wobei die Spannvorrichtung vorzugsweise ein Federelement (2424), insbesondere eine Druck- und/oder Zugfederelement, vorzugsweise eine Spiralfeder, aufweist; und
    wobei der Hebelaktuator (242) vorzugsweise über eine Hydraulikeinrichtung (2423), vorzugsweise einen pneumatischen Zylinder, zur Bewegung des Klemmhebels (241) betätigbar ist.
  4. Wickelmodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Nadelschlitten (24) einen vorzugsweise radial umlaufend geschlossenen Wickelgutkanal (243) zur Führung des Wickelguts (8) durch den Nadelschlitten (24) zur Nadel (25) aufweist;
    wobei dieser Wickelkanal (243) sich vorzugsweise zentrisch durch den Nadelschlitten (24) erstreckt.
  5. Wickelmodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Modulgestell (20) einer Führungseinrichtung (26) aufweist, wobei der Nadelschlitten (24) an der Führungseinrichtung (26) entlang der ersten Richtung (R1) geführt ist; und
    wobei die Führungseinrichtung (26) vorzugsweise mindestens eine, vorzugweise zwei, bezüglich des Nadelschlittens (24) quer zur ersten Richtung (R1) gegenüberliegende und sich vorzugsweise entlang der ersten Richtung (R1) ersteckende Führungsschienen (261;262) aufweist.
  6. Wickelmodul (2) nach Anspruch 3 oder Wickelmodul (2) nach Anspruch 3 und Anspruch 4 und/oder 5, welches weiter eine Drehmomentwelle (2421) aufweist zur Rotation des Exzenterelements (2422); und
    wobei die Drehmomentwelle (2421) vorzugsweise parallel zur mindestens einen Führungsschiene (261;262) verläuft und sich vorzugsweise im Wesentlichen über die Länge der mindestens einen Führungsschiene (261;262) erstreckt.
  7. Modulrahmen (12) für mehrere Wickelmodule (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend mindestens ein Wickelmodul (2), wobei der Modulrahmen (12) mehrere Aufnahmen (120) zur lösbaren Befestigung der mehreren Wickelmodule (2) aufweist.
  8. Modulrahmen (12) nach Anspruch 7, weiter umfassend ein Einzelrotationselement (121;122;123;124) oder mindestens ein Paar aus einem ersten und zweitem Rotationselement (121;122;123;124), wobei das erste und zweite Rotationselement (121;122,123;124) des Paares entlang der ersten Richtung (R1) voneinander beabstandet rotierbar am oder im Modulrahmen (12) gelagert sind;
    wobei der Modulrahmen (12) weiter eine Kopplungseinrichtung (23) umfasst;
    wobei die Kopplungseinrichtung (23) mit dem Einzelrotationselement (121;122;123;124) bewegungsgekoppelt ist oder mit mindestens einem Rotationselement (121;122;123;124) des mindestens einen Paares aus einem ersten und zweitem Rotationselement (121;122;123;124) bewegungsgekoppelt ist, wobei die Kopplungseinrichtung (23) vorzugsweise so ausgebildet ist, dass sie die Rotationsbewegung des ersten und zweiten Rotationselementes (121;122,123;124) des Paares koppelt;
    wobei die Kopplungseinrichtung (23) weiter mit dem Nadelschlitten (24) bewegungsgekoppelt ist;
    sodass der Nadelschlitten (24) über die Rotationsbewegung des Einzelrotationselements (121;122;123;124) oder des mindestens einen Rotationselements (121;122;123;124) des mindestens einen Paares aus einem ersten und zweitem Rotationselement (121;122;123;124) entlang der ersten Richtung (R1) bewegbar ist.
  9. Modulrahmen (12) nach Anspruch 8, wobei das erste Rotationselement (121;122) eine erste Welle (121) oder eine an einer ersten Welle (121) gelagerte erste Scheibe (123) und das zweite Rotationselement (122;123) eine zweite Welle (122) oder an einer zweiten Welle (122) gelagerte zweite Scheibe (124) ist; und
    wobei die Kopplungseinrichtung (23) einen Schlittenriemen (1250) zur Bildung eines Riementriebs mit dem ersten und zweiten Rotationselement (121;122,123;124) aufweist; und
    wobei der Schlittenriemen (1250) vorzugsweise als Zahnriemen und die ersten und zweite Rotationselemente (121;122,123;124) des Paares vorzugsweise als Zahnscheiben ausgebildet sind und zusammen einen Zahnriementrieb bilden.
  10. Modulrahmen (12) nach Anspruch 9, wobei der Schlittenriemen (1250) offen ist; und
    wobei erste und zweite Riemenenden (231,232) vorzugsweise über Klemmplatten (212,222) am ersten bzw. am zweiten Rotationselement (121;122;123;124) befestigt sind; und
    wobei sich der offene Schlittenriemen (1250) vorzugsweise entlang der ersten Richtung (R1) erstreckt.
  11. Modulrahmen (12) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Schlittenriemen (1250) am Nadelschlitten (24) lösbar befestigt ist, vorzugsweise über eine am Nadelschlitten (24) angebrachte Klemmplatte (247).
  12. Modulrahmen (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei alle der Einzelrotationselemente (121;122,123;124) und/oder der ersten und zweiten Rotationselemente (121;122,123;124) getrieben sind, vorzugsweise jeweils
    über mindestens einen ersten Servomotor (S1), oder
    über genau einen einzelnen ersten Servomotor (S1); wobei der einzelne erste Servomotor (S1) vorzugsweise über einen ersten Riementrieb (126) mit dem/den ersten Rotationselement(en) (121;122) und vorzugsweise über einen zweiten Riementrieb (127) mit dem/den zweiten Rotationselement(en) (123,124) gekoppelt ist.
  13. Wickelvorrichtung (1) zum automatischen Wickeln, vorzugsweise unter Anwendung der Nadelwickeltechnik, von Wickelgut (8), insbesondere von Draht in Nuten (71) eines Wickelkörpers (7), zur Herstellung einer Spule (5) für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Ankers oder aussengenuteten Stators, wobei die Wickelvorrichtung (1) umfasst:
    ein Maschinengestell (10);
    eine Tischplatte (11) mit mindestens einer Schalteinheit (6) zur Aufnahme und Verschaltung des Wickelkörpers (7);
    einen Modulrahmen (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 12 umfasst; und
    wobei das mindestens eine Wickelmodul (2) vorzugsweise derart im Modulrahmen (12) befestigt ist, dass die erste Richtung (R1) senkrecht zur zweiten Richtung (R2) steht.
  14. Wickelvorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei der Modulrahmen (12) relativ zur Tischplatte (11) entlang einer zweiten Richtung (R2) bewegbar ist und so alle im Modulrahmen (12) befestigten Wickelmodule (2) entlang der zweiten Richtung (R2) bewegbar sind; und
    wobei die Wickelvorrichtung (1) vorzugsweise mindestens einen, vorzugsweise genau einen einzelnen, zweiten Servomotor (S2) zur Bewegung des Modulrahmens (12) entlang der zweiten Richtung (R2) aufweist.
  15. Wickelvorrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, wobei 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehr vorzugsweise einzeln entnehmbare Wickelmodule (2) im gleichen Modulrahmen (12) vorgesehen sind; und
    wobei vorzugsweise eine gerade Anzahl von 2, 4, 6, 8 oder mehr Wickelmodulen (2) im Modulrahmen (12) befestigt sind oder befestigbar sind; und/oder
    ein oder mehrere dritte Servomotoren (S3) vorgesehen sind, wobei mit jedem dritten Servomotor (S3) mindestens eine, vorzugsweise genau zwei oder mehr, Schalteinheiten (6) schaltbar sind.
  16. Wickelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei mehrere oder alle Wickelgutklemmeinrichtungen (240) untereinander gekoppelt, vorzugsweise über eine Schubstange (2426) bewegungsgekoppelt, und über eine, vorzugsweise dieselbe, Hydraulikeinrichtung (2423), vorzugsweise einen hydraulischen, insbesondere pneumatischen, Zylinder, betätigbar sind.
  17. Verwendung eines Wickelmodules (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, eines Modulrahmens (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 12 oder einer Wickelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16 zum Wickeln von Spulen (5), insbesondere von Ankern oder aussengenuteten Statoren, für eine elektrische Maschine;
    wobei als Wickelgut (8) vorzugweise Draht, insbesondere Draht mit einem Durchmesser von 0.5 Millimeter bis 2 Millimeter, vorzugsweise von mehr als 1 Millimeter, vorzugsweise von 1 Millimeter bis 1.5 Millimeter, verwendet wird.
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